水泥细度对混凝土质量的影响

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浅析水泥性能指标对水泥混凝土的影响

作者：吴欲晓

来源：《中国新技术新产品》2013年第09期

（辽宁奥路通科技有限公司， 辽宁 沈阳 110006）

摘 要：本文从水泥的物理性能、矿物组成等几个方面，探讨对混凝土各种性能的影响，为水泥混凝土结构施工及试验分析提供一些思路。

关键词：水泥；性能指标；水泥混凝土；影响

中图分类号：U41 文献标识码：A

混凝土是目前世界上用途最广、用量最大的建筑材料。它在建设领域中发挥着不可替代的作用。受到市场对早期脱模，缩短施工工期需求的支配，人们对工程质量所注重的就是混凝土的强度，而水泥是混凝土最重要的组分之一，因此混凝土生产商对水泥质量的要求也就是强调其强度。换而言之，认为强度越高的水泥其质量也就越高。其结果是高强、早强水泥更受欢迎，从而高钙、高铝、高比表面积的水泥应运而生。然而，预拌混凝土的水化热越来越大，抗裂性、抗腐蚀性越来越差，混凝土强度的后期增长缓慢甚至倒缩，从而严重地影响了混凝土结构抵抗环境作用的耐久性能，本文仅从水泥的物理性能、矿物组成等因素阐述其对混凝土各种性能的影响。

一、影响因素

1 水泥细度的影响

水泥粉磨细度以及水泥的颗粒级配、颗粒形状对水泥活性的充分发挥和混凝土性能的改善有较大的影响。水泥的粉磨细度与时间、强度、干缩以及水化放热速率等一系列性能都有密切的关系。水泥细度对水泥的早期强度影响最大，水泥越细或比表面积越大，水泥水化诱导期越短，水泥水化热反应就越快，反应物表面积增大，使水化早期形成大量的水化产物，减少了浆体中的空隙，使水泥石较为密实，使水泥早期强度有很大的提高，引起徐变松驰能力下降，弹性模量增加。但也不是水泥细度越细越好。水泥过细，会增大水泥的需水量，降低水泥强度。水泥细度是影响水泥流变性能的重要因素，水泥流变性能对混凝土施工和工程质量有重要影响。水泥比表面积相对较大且颗粒级配恰当的水泥，可得到良好的流变性能，对混凝土和工程质量有利。

浅析水泥性能指标对水泥混凝土的影响

摘 要：在水利工程建设项目中，水工混凝土工程是一项较为复杂、工程量较大的项目，其对技术具有极为标准化的要求，因此在实际作业过程中，其需要全面考虑整项工程的管理、经济、技术等多方面的因素要求。其中，水泥作为混凝土中的一个重要组成部分，其本身的技术性指标对水工混凝土工程也会产生一定的影响。本文主要在此前提下，就水泥中主要指标对水工混凝土性能的主要影响进行了一定的分析与探讨，旨在一定程度上为水利工程建设的发展奠定良好的基础。

关键词：水泥指标；水工混凝土性能

引 言

目前，随着我国社会经济的不断发展和科学技术的不断进步，我国的水利工程建设在一定程度上已得到了迅速地发展。其中，在整个工程建设项目中，混凝土作为其中用途较广、用量较大的一种建筑材料，其已逐渐发挥出优越的作用。在现代社会的发展中，随着人们生活水平的不断提升，人们对相应工程的质量也已提出了更高的要求，而在水工混凝土工程项目中，加强对混凝土质量的管理则显得至关重要。通常情况下，强度较高的水泥其质量也会比较高，但是对于水泥本身来说，其所展现出的各项不同指标对水工混凝土性能也会产生不同的影响。在新形势下，探讨水泥各项指标对水工混凝土性能的影响则对整个水利工程项目具有指导性的意义。

1、水泥主要指标对水工混凝土性能的影响

为了进一步加强人们对水工混凝土性能的认识与了解，下面主要从水泥的物理性能、矿物组成等几个方面中来探讨了其对水工混凝土性能的影响。

1.1水泥细度的影响 水泥细度主要是指水泥颗粒总体的粗细程度，一般情况下，水泥颗粒越细，与水发生反应的表面积就越大，因而水化反应速度较快，而且其早期强度也越高，但是其在空气中硬化收缩性较大，成本也较高，如水泥颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥。由此可见，在水工混凝土工程项目中，并不是水泥越细就越好，如若水泥过细，其则会增大水泥的需水量、降低水泥的强度。此外，在水工混凝土工程项目中，水泥粉磨的粗细程度以及水泥的颗粒级配、颗粒的形状对水泥活性的充分发挥都会对水工混凝土性能造成一定的影响。例如，对于水泥的粉磨细度来说，其与水工混凝土的时间、强度、水化放热速度等性能都具有紧密地联系。因此，为了有效地保障水工混凝土的性能，相关人员首先需把握好水泥的细度问题，以在最大程度上实现最大化的工程质量效益。

水泥对混凝土碳化的影响

1.碳化的含义

空气土壤、地下水等环境中的酸性气体或液体侵入混凝土中，与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土中的pH值下降的过程称为混凝土的中性化过程，其中由大气环境中的CO2引起的中性化过程称为混凝土的碳化。由于大气中均有一定量的CO2，碳化是最普遍的混凝土中性化过程。空气中的CO2气体通过水作为介质渗透到混凝土内部，与碱性物质反应，生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为碳化，又称为中性化。其反应式如下：

Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3＋H2O

碳化与混凝土结构物的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物使用寿命的重要指标之一。目前，大气中二氧化碳浓度约为0.035%，预测到 2090年达到 0.1%。此外，工厂排泄的废液、废渣也使二氧化碳浓度呈增加趋势。所以，混凝土碳化是一个不可忽视的问题。过去由于在设计和施工时对混凝土碳化问题重视不够，导致混凝土抗碳化能力较低，造成不少建筑物的耐久性差，被迫提前加固。

图1 实际工程中的混凝土碳化

2.碳化的机理

混凝土是一个多孔体，其内部存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡，甚至缺陷。混凝土碳化的机理就是大气中的二氧化碳与混凝土中的碱性物质，在气相、液相和固相中进行的一个十分复杂的多相物理化学连续过程。以普通硅酸盐水泥为例，其主要水化产物有：水化硅酸钙（占60%以上），氢氧化钙（约占25%），水化铝酸钙，水化硫铝酸钙等。在水泥水化过程中，由于化学收缩、自由水蒸发等原因，使水泥石成为一个含有固相、液相和气孔的非均质体。环境中二氧化碳气体首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管，其次溶解于孔隙内的液相并生成碳酸，然后与水泥石中各水化产物发生碳化反应。水泥石中各水化产物稳定存在pH 值，见表１。

表 1 水泥石中各水化产物稳定存在的pH值

成分 PH值 成分 PH值

水化硅酸钙 10.4 水化硫铝酸钙 10.17

水泥及掺合料对混凝土强度的影响

随着我国大规模建设基础设施，水泥混凝土研究与应用技术得到较快发展。而掺合料是现代混凝土必不可少的重要组成之一，开发新型高效的掺合料以满足现代混凝土的发展与需求，已成为水泥混凝土研究的一个重要内容。本文主要对水泥及掺合料对混凝土强度的影响进行了分析探讨。

一、水泥

1、硅酸盐水泥熟料

凡由硅酸盐水泥熟料，6%—15%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥。掺活性混合材料的，最大掺量不超过15%，其中允许用不超过水泥含量5%的窑灰或不超过水泥质量20%的非活性混合材料代替。

水泥的质量取决于水泥熟料的质量，水泥熟料的质量，取决于各熟料成份之间的比例。熟料的化学成分如下：

硅酸三钙 C3S 含量37%—60%

硅酸二钙 C2S 含量15%—37%

铝酸三钙 C3A 含量7%—15%

铁铝酸四钙 C4AF 含量10%—18%

各种熟料矿物成分：单独与水作用时，表现出来的特性：

混凝土硬化速度：C3A最快，C3S、C4AF较快C2S较慢

强度：C3S最高，C2S早期强度低，后期强度高C3A、C4AF强度低

28天水化放热：C3A最大，C3S大，C4AF中等，C2S较小

一般情况下C3S含量的多少，代表着一个水泥厂的生产水平，也代表着水泥质量的好坏。一般情况下C3S在最初28天内，对水泥强度起决定性作用，C2S在大约28天之后才发挥作用，大约1年之后与C3S的作用相等，C3A在1—3天或稍长时间，对水泥强度起有宜作用，以后可能使水泥石的强度降低。

不同厂家、不同原料、不同工艺，其水泥熟料的成分比例都不一样，因而其反应的快慢、放热以及强度也就不一样。

2、石膏在水泥中的作用

一般水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工，掺加适量的石膏（大约3%），可调节凝结时间，同时提高早期强度，降低干缩。一般认为C3A在石膏、石灰的饱和溶液中反应生成溶解度极低的钙矾石，这些凌柱状的小晶体长在水泥的表面上，成为一层薄膜，封闭水泥组分的表面，阻止水分子及离子扩散，从而延缓了水泥颗粒特别是C3A的继续水化。以后随着扩散作用的继续进行，在C3A的表面又生成钙钒石，由于固体体积达到一定程度，结晶压力而使钙矾石破裂，使水化继续进行。